Цифровые измерительные приборы

ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Во многих случаях можно ограничиться выдали измерительной информации в виде визуально считываемых показаний, высвечиваемых на различного типа цифровых табло, В отличие от аналоговой формы цифровое представление измерительной информации выгодно тем, что оно ограничивает субъективные ошибки считываний.

Механические приборы цифровой индикации

Существующие механические приборы визуальной цифровой индикации обеспечивают выдачу данных цифрами высотой до одного метра. В общем случае показания приборов легко считываются и сохраняются при отключении прибора. Вследствие их механической инерционности эти приборы применимы только при измерениях медленно изменяющихся величин и потребляют большую мощность. Наиболее распространенными типами приборов являются приборы с цифровой лентой и с цифровым роликом. Цифры каждой декады нанесены на бесконечную движущуюся ленту. Отдельным цифрам измеренного значения, которые должны быть представлены в десятичном коде соответствуют контакты ступенчатого переключателя цифрового показывающего прибора. При соответствии между положением переключателя и имеющимся кодовым значением контакт реле отключает двигатель.

В приборах с цифровым роликом последний укреплен на поворотном магните трехкатушечного логометра и устанавливается в положение, соответствующее измеряемому значению, при помощи трех соединяемых звездой обмоток, переключаемых кодовым преобразователем.

Оптические цифровые показывающие приборы

В оптических цифровых показывающих приборах представление цифр осуществляется при помощи диапозитивов (проекционные цифровые показывающие приборы) или в виде цифр, выделяемых заливающим светом. Оба метода обладают крайне малым временем установления показаний по сравнению с механическими индикаторами. Однако они не обеспечивают запоминания. Максимальная высота цифр около 10 см.

В проекционных цифровых указателях нанесенные на диапозитив цифры от 0 до 9 проецируются каждая своей лампочкой и системой линз на матовое стекло. Другой способ предусматривает использование заливающего света. При этом цифры гравируются ан передней пластине из оргстекла и освещаются лампой помещенной у ее торца. Каждой цифре соответствует собственная пластинка; пластинки установлены друг за другом и являются световодами; свет излучается только в местах гравировки цифр, которые при этом становятся видимыми.

Электронные цифровые приборы.

Электронные цифровые приборы применяют наиболее часто. Используются, в частности, газоразрядные указатели — газонаполненные лампы с холодным катодом, указатели со свето-1иодами (LED) и указатели с жидкими кристаллами [LCD, liquid-crystal display ].

В газонаполненных лампах с холодными катодами против сетчатого анода для каждой цифры установлен соответствующей конфигурации катод из тонкой проволоки.

Анод и десять катодов (от 0 до 9) размещены в пространстве друг за другом. Ввиду высокого рабочего напряжения при управлении полупроводниковыми элементами необходимо уделять особое внимание выбору размеров. В цифровых приборах со светодиодами (из арсенида галлия) цифры образуются из точечных или штриховых сегментов. Световое излучение возбуждается в результате полупроводникового эффекта: под действием подводимой электрической энергии носители зарядов перемещаются на более высокий энергетический уровень. После короткой выдержки они вновь возвращаются на низший энергетический уровень, Этот процесс сопровождается рекомбинацией электронов и дырок, при которой часть энергии отдается в виде излучения (фотонов).

Введение соответствующих примесей в материал полупроводников обеспечивает излучение в видимой области спектра. Могут поставляться материалы с излучением следующих цветов: оранжевым (240 мЛб*/'Вт), желтым (3б0 мЛб/Вт) и зеленым (150 мЛб/В ).

Индикаторы на жидких кристаллах применяются во многих областях. Эти соединения представляют собой соединения с углеродом и кислородом, которые ниже определенной температуры являются кристаллами, а выше этой температуры превращаются в жидкость.

Преимущества применения этих элементов заключается в том, что не надо применять энергию для вызова световой эмиссии, а достаточно энергии самого падающего света. Потребляемая мощность очень мала всего 4* 10-6 Вт/см2 .У индикаторов со штриховыми сегментами наибольшая высота цифр составляет около 18 мм. У элементов в виде матрицы размером 6х7 точек высота может составлять примерно 13 см. Рабочая температура от – 25 до 85 С.

Дискретно – аналоговые преобразователи.

Наиболее часто применяемыми способами являются следующие: дискретно-аналоговый (цифро-аналоговый) преобразователь со ступенчатым делителем омического сопротивления, дискретно аналоговый преобразователь со ступенчатым делителем (разветвлением) токов и дискретно-аналоговый преобразователь с цепочками сопротивлений. Менее употребительны способы с модуляцией продолжительности импульсов или с косвенным интегрирующим (суммирующим) преобразованием. Каждый дискретно-аналоговый преобразователь содержит следующие конструктивные элементы: переключатель аналоговых величин, блок (сетка) сопротивлений и источник опорного напряжения. В качестве переключателей применяют диоды:, транзисторы и теперь все чаще интегральные схемы. Блоки сопротивлений состоят из проволочных или тонкослойных (пленочных) резисторов или же из элементов толстопленочной техники. Источники опорного напряжения, выполненные на интегральных схемах, обеспечивают в настоящее время точность ±0,005 %